Параметры, определяющие мощность ЯР и скорость ее изменения.

 

Мощность ЯР определяется энерговыделением в активной зо­не, зависящим от числа делений ядер топлива в секунду и, сле­довательно, от плотности потока тепловых нейтронов, вызываю­щих эти деления. Регулирование мощности ЯР ведется только по одному параметру - плотности потока тепловых нейтронов `Ф_т. Это объясняется тем, что остальные параметры, входящие в вы­ражение для мощности:

 

N =`Ф_т•N⁵ •s_f⁵ •V/3, 1•10¹³ (1.23),

 

а именно:

 

s_f⁵ - эффективное сечение деления U-235, см;

N⁵ - концентрация ядер U-235, см;

V - объем активной зоны, см;

3, 1•10¹³ - число делений U-235 в секунду, соответствующее мощности 1 кВт,

- являются либо физическими константами, либо фиксированными величинами, определяемыми конструкцией и топливной загрузкой ЯР, изменить которые во время работы ЯР невозможно, т.е. N=¦(`Ф_т ). Значит, скорость изменения мощности можно отождествить со скоростью изменения плотности потока нейтронов

dN/dt = dФ/dt (1.24).

 

В свою очередь, плотность потока нейтронов Ф есть произ­ведение плотности нейтронов " n" на скорость нейтронов (спектр) " v". Т.к. скорость нейтронов в данный момент времени является постоянной, то справедливо отношение:

 

dФ/dtº dn/dt(1.25).

 

Из выражений 1.23-1.25 следует, что управление реактором сводится к воздействию на плотность нейтронов " n", которое осуществляется с помощью системы управления и аварийной защи­ты. Исполнительными органами этой системы в ВВЭР-440 являются кассеты АРК.

В соответствии с 1.23-1.25 запишем:

 

dN/dt=A•dn/dt=A•(n₂-n₁)/l=A•(k_эфn-n)/l=A•n•Dk_эф/l»N(t) r / l (1.26),

где А = v •s_f⁵ • N⁵ • V = соnst.

Из выражения 1.26 видно, что скорость изменения мощности dN / dt зависит от Кэф (показывает, во сколько раз от поколения к поколению меняется число нейтронов) и от времени жизни одного поколения нейтронов l (характеризует быстроту смены поколений нейтронов). Время жизни l (мгновенных и запаздывающих нейтро­нов) является величиной постоянной, зависящей от типа ЯР (на быстрых, промежуточных и тепловых нейтронах) и физических ха­рактеристик его компонентов (топлива, замедлителя и др.). Единственный параметр, с помощью которого можно изменять мощ­ность ЯР - это реактивность. В зависимости от значения и зна­ка r возможны три состояния, охватывающие весь диапазон уп­равления ЯР:

1) r< 0; 2)r =0; 3) r> 0.

Наиболее приемлемый способ изменения r - использование подвижных поглотителей нейтронов. На ВВЭР-440 управление мощ­ностью (реактивностью) осуществляется автоматической системой регулирования при помощи перемещения кассет АРК. Для поддер­жания стационарной мощности работающего реактора кассеты АРК должны находиться в положении, обеспечивающем его критическое состояние (r=0). Для снижения мощности реактора регулирующую группу АРК опускают из критического положения в активную зо­ну, вводя тем самым r< 0. Скорость изменения мощности реактора будет тем больше, чем больше отличие величины вводимой реак­тивности от критического состояния, т.е. от " 0". Для увеличе­ния мощности ЯР вводится реактивность r> 0 (кассеты АРК извле­каются из активной зоны).

1.4.2. Кинетика реактора с учетом запаздывающих нейтро­нов. Период реактора.

 

Изменение мощности ЯР в надкритическом состоянии (Кэф> 1, r> 0) происходит по экспоненциальному закону (см. рис.1.9.):

 

N(t) = N(l)•e^t/Т(1.27),

где N(l)=N•bэф/(bэф - r) - мощность после скачка на мгновенных нейтронах от значения Nо (при r=0);

 

`Т=l/ Кэф - период реактора, т.е. время, в течение которого плотность потока нейтронов и мощность увеличиваются в e=2, 7 раз;

bэф = g•b = 7 • 10^-3 - эффективная доля запаздывающих нейтронов;

g- эффективность запаздывающих нейтронов, доля которых в общем числе нейтронов деления равна b = 6, 4 • 10^-3.

Ценность запаздывающих нейтронов выше, чем мгновенных, из-за меньшего значения средней энергии рождения, которое равно 0, 5 МэВ (против 2 МэВ для мгновенных), а следовательно, более высокой вероятности избежать утечки (см. п.1.1.5. и 1.2.6) в процессе замедления и диффузии. Это означает, что у запаздывающих нейтронов больше вероятность принять участие в поддержании цепной реакции.

Связь между периодом и реактивностью с учетом запаздываю­щих нейтронов выражается соотношением, которое называют фор­мулой обратных часов.

 

(1.28),

где l - время жизни поколения мгновенных нейтронов, с;

b_i - доля запаздывающих нейтронов i-й группы;

l_i- постоянная распада осколков-источников запаздывающих нейтронов, с;

t_зап = 1/l_зап - усредненное по 6-ти группам запаздывающих нейтронов время жизни осколков-источников (для U-235 ~ 12 сек);

`l = l + å b_I•t_i » 0, 083 с - усредненное по мгновенным (время жизни) и запаздывающим i=1 (время запаздывания) нейтро­нам время жизни поколения нейтронов.

Время жизни запаздывающих нейтронов складывается из вре­мени реакции деления, времени жизни осколков деления - источ­ников запаздывающих нейтронов, времени замедления и диффузии запаздывающих нейтронов.

Так как `l ~ 0, 083 с, то запаздывающие нейтроны значительно увеличивают время жизни поколения (на 2 и более порядка), что при r < bэф. дает возможность безопасно управлять реакто­ром.

Изменение r сопровождается переходным процессом по плот­ности потока нейтронов, обусловленным изменением в течение некоторого времени соотношением между количеством мгновенных n_мгн и запаздывающих n_зап нейтронов. При положительном скачке r (в интервале 0< r< b_эф )происходит увеличение мощности на мгно­венных нейтронах в течение долей секунды (время определяется временем жизни мгновенных нейтронов). Мощность от значения Nо (см. рис.1.9) увеличивается до N(l) на величину:

 

DN⁺ = N(l) - Nо = Nо•r/( b_эф - r) (1.29).

 

После этого в течение некоторого времени количество запаздывающих нейтронов n_зап остается на прежнем уровне, а n_мгн увеличивается сразу до нового значения n_мгн'. Следовательно, уменьшается эффективная доля запаздывающих нейтронов (n_зап/n_мгн' < n_зап/n_мгн), и процесс протекает ускоренно до установления постоянного соотношения n_зап (t)/n_мгн (t) и постоянного установившегося периода разгона.

Нарушается баланс и при отрицательном скачке r, но в этом случае bэф. увеличивается, т.к. n_мгн сразу же уменьшается, а n_зап некоторое время остается на прежнем уровне. Поэтому при одинаковом по абсолютному значению скачке r от нулевого зна­чения, но разного знака (+r) снижение Ф происходит медленнее, чем увеличение.

Для случая r< 0 снижение мощности с уровня Nо до N(l), бу­дет:

No•r

DN^- = Nо- N(l) = --------- (1.30).

b +|-r|

При работе ЯР на стационарной мощности влияние запаздыва­ющих нейтронов отсутствует.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: